Was macht ORANGE Engineering eigentlich im Bereich Innovation?
Projektbeschreibung:
Wie speichert man einen kontinuierlichen, aber mit veränderlicher Geschwindigkeit auftretenden Strom von empfindlichen, stabförmigen Produkten nach dem First-in-First-out-Prinzip (FiFo) bei gleichzeitig variabler Speicherkapazität?
Diese Frage stellte uns Ende 2013 unser Kunde Hauni Maschinenbau, der der führende Anbieter von Technologien und Dienstleistungen zur Filter- und Zigarettenherstellung ist. Für sämtliche Kernprozesse, wie die Produktion von Filtern, Multifiltern und Zigaretten sowie im Bereich Logistikkomponenten bietet Hauni technische Lösungen, die sich durch ihre herausragende Verfahrenstechnik und Qualität auszeichnen. Für die oben gestellte Frage gab es in der Produktpalette von Hauni zwar bereits geeignete Maschinen, jedoch sollte dieser Bereich im Rahmen eines Innovationsprojekts neu überdacht werden.
Das Speichern von Filterstäben im Zigarettenherstellungsprozess ist notwendig, um ungleiche Geschwindigkeiten der filterverarbeitenden und filterherstellenden Maschinen ausgleichen zu können. Die Filter werden üblicherweise gleichmäßig orientiert und ausgerichtet auf Bandförderern transportiert, dabei sind sie bis auf eine Höhe von ca. 100 mm „gestapelt“. Dieser Produktstrom ist sehr empfindlich: zu enge Kurven, zu steile Steigungen und Veränderungen in der Geschwindigkeit können dieses System stören und aus dem geordneten Produktstrom einen ungeordneten Massenstrom machen.
ORANGE Engineering hat die Fragestellung aufgegriffen und im Rahmen einer Konzeptstudie den grundsätzlichen Charakter der Fragestellung herausgearbeitet und prinzipielle Lösungen entwickelt. Anschließend wurde mit einer umfassenden Patentrecherche zu bereits verfügbaren und möglicherweise geschützten Lösungen abgeglichen, in welchem Bereich Ansatzpunkte für eine echte technische Innovation liegen. Aus den erarbeiteten Lösungsprinzipien wurden erste Entwürfe erarbeitet und hinsichtlich ihrer Eignung bewertet.
Es stellte sich heraus, dass zwei völlig unterschiedliche Lösungsansätze eine weitere Betrachtung wert waren. Daher wurden zwei Projektteams aufgestellt, von denen das eine für die Entwicklung einer eher konventionellen, jedoch durch die Bauform und das Funktionsprinzip innovativen, massenstrombasierten Lösung zuständig war.
Die Bauform dieses Speichersystems ist wendelförmig, wobei die Filter in dem Speicher aufwärts und abwärts gefördert werden. Die Besonderheit lag darin, dass sowohl die aufsteigende als auch die absteigende Wendel ineinander lagen, wodurch ein sehr geringer Footprint der Maschine erreicht werden konnte. Der Übergang der Filter vom aufsteigenden zum absteigenden Band wurde durch eine entlang der Wendel verfahrbare Kopfstation realisiert, d. h. je nach Füllungsgrad des Speichers sind die Bänder mehr oder weniger belegt.
Im Zuge der Entwicklung musste sowohl eine Lösung für den Antrieb eines Förderbands entlang der Wendel gefunden werden, was durch die der Bauform geschuldeten Seilreibungskräfte (vgl. Euler-Eytelwein-Formel) nicht trivial war, weiterhin war der wendelförmige Aufbau hinsichtlich der Fertigungstechnik der Komponenten ebenfalls eine Herausforderung. Im Projektverlauf wurde, nachdem die grundsätzliche Funktion dieses Konzepts nachgewiesen war, die weitere Entwicklung dieser Speichervariante zugunsten einer Alternative zurückgestellt.
Denn das zweite Projektteam hatte sich parallel der näheren Betrachtung einer in diesem Umfeld neuen Speichertechnologie gewidmet: der Vereinzelung des Massenstroms in Segmente und die Handhabung und Speicherung dieser Segmente. Diese Art der Speicherung bot im Vergleich zu den relative großen massenstrombasierten Speichern eine viel höhere Flexibilität im Produktionsprozess der Zigarette.
Während die eigentliche Vereinzelung und auch die Wiederzusammenführung des Massenstroms direkt bei Hauni entwickelt wurde, hat dieser Lösungsansatz für ORANGE Engineering eine ganze Reihe völlig neuer Fragestellungen aufgeworfen: die optimale Segmentgröße, mögliche Zwischenbehälter, die Anordnung, die Bewegungsabläufe mit möglichst beschleunigungsarmen Richtungswechseln bei gleichzeitig hoher Dynamik und viele weitere mussten geklärt werden.
Im Zuge der Entwicklung zeigte sich unter anderem, dass das Speichern der Massenstromsegmente sinnvollerweise in Behältern erfolgen sollte, was im Speichersystem das gleichzeitige Handling von leeren und vollen Behältern notwendig machte. Die hierzu notwendigen Bewegungsabläufe gestalteten sich insbesondere bei ungleichen Geschwindigkeiten am Speichereingang und –ausgang als komplex.
Das Projekt wurde von uns bis zum Versuchsträger begleitet und ist inzwischen in die Produktpalette von Hauni aufgenommen worden.